Filtrage par des cavités métallique

De façon générale, un dispositif en technologie SIW est constitué d‟un guide d‟onde à l‟intérieur duquel le signal ne se propage pas dans l‟air mais dans un substrat diélectrique. Une fonction de filtrage peut être obtenue en formant des cavités à l‟intérieur d‟un tel guide. Ces cavités, ou résonateurs diélectriques, sont couplées entre elles par des iris ou des plots métalliques. C‟est une solution qui sera employée, pour la conception des filtres étudiés car elle diminue la difficulté de réalisation et limite la fragilité de la structure. La figure montre des exemples de cavités SIW aux formes variées [57].

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Figure II.6 : Exemples de cavité SIW a section rectangulaire, circulaire et

triangulaire.

Nous avons choisie un exemple de filtre basé sur la cavité circulaire qui est amélioré par des grands chercheurs.

 Nouvelle topologie d’un filtre de cavité circulaire en bi-mode

Un nouveau filtre SIW d‟une cavité carrée en bi-mode est proposé. En utilisant une entrée et sortie ligne d'alimentation orthogonale et deux vias métalliques pour inquiétantes deux modes dégénérés. Filtre bi-mode SIW avec la fréquence centrale de 14.7GHz a été fabriquée et mesurée, dans lequel la largeur de bande fractionnaire est de 3.8%. Les résultats mesurés montrent un bon accord avec celles simulées et de valider les structures des filtres bi mode [58].

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Le guide d‟onde considéré est fait à base du substrat Rogers 5880 qui possède les caractéristiques suivantes :

 une permittivité relative de r= 2.2

 une épaisseur du diélectrique h = 0.508 mm.

Figure II. 8: Le filtre SIW bi-mode à cavité rectangulaire improuvé.

Les autres paramètres sont cités dans le tableau suivant (unité mm) :

d s a d₀ dv l_s ws w_t

0.6 1.2 8 1 9.5 5 6 20.9

Tableau II. 2: Dimensions de filtre à cavité circulaire.

L‟étude a était baser sur une simulation à l‟aide de logiciel CST MICROWAVE, les résultats obtenu sont schématiser par la Figure II.9 qui représente les paramètres S.

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Figure II. 9 : Les résultats mesurées et simulées de filtre à cavité rectangulaire.

La perte d'insertion mesurée est d'environ 2 dB par bande passante incluant les pertes des connecteurs, des lignes microbandes, et micro-SIW transition. La perte de retour mesurée est inférieure à -18 dB, et la fréquence centrale est d'environ 14.6 GHz. Il est clair que la différence entre les résultats simulés et mesurés est de petite taille, et la différence pourrait être due à la fabrication imprécision.

En outre, on peut constater que le rejet en dessous de la bande passante ne suffit pas à la Figure II.9, ce qui est dû à l'influence du mode fondamental (de TE101) de la place du guide d‟onde SIW à cavité. Elle peut être améliorée par la fréquence de coupure supplémentaire d'un SIW.

Un réseau analyseur Agilent E8363B est utilisé dans la figure II.10 pour remplir la mesure du filtre proposé.

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 Filtre à base de cavité latérale :

La figure II.11 représente la structure du filtre passe bande à cavité latérales [59].

Figure II. 11 : Géométrie du filtre SIW troisième ordre.

Cette configuration est composée de quatre cavités se comportant comme des résonateurs, avec une fréquence centrale de 15 GHz et une largeur de bande de 300 MHZ, cette structure a été réalisée a l‟aide de l‟outil de conception HFSS (high frequency structure simulator software package) qui utilise la méthode des éléments finis.

Le substrat utilisé est du type ROGENS 5880 qui possède les propriétés suivantes :

 une permittivité relative de r= 2.2.

 une hauteur du substrat h = 0.508 mm

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Les dimensions du filtre proposé sont présentées dans le tableau suivant :

Tableau II. 3: Les dimensions du filtre asymétrique SIW.

Et les résultats de simulation sont présentés dans la figure III.12 dans l‟intervalle de fréquence entre 13 et 17 GHz.

Figure II.12 : Les résultats mesurés et simulés du filtre proposé.

La perte d'insertion de la bande passante mesurée est environ de -2,8 dB, le coefficient de réflexion mesuré est mieux que 20 dB et la fréquence centrale vaut à peu près 14.96 GHz. Une réjection peut être identifié à 15.26 GHz approximativement.

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II.3.3 Filtrage par filtre DGS

Récemment, il y a eu un intérêt croissant pour les structures au sol défectueuses (DGS) pour une application en micro-ondes et en ondes millimétriques. DGS est un défaut de configuration en cascade périodique ou non périodique gravé dans le sol de structures telles que le micro-ruban et les lignes coplanaires. DGS perturbe la distribution du courant de blindage dans le plan de masse. Cette perturbation modifiera les caractéristiques d'une ligne de transmission telle que la capacité de ligne et l'inductance [1]. Le DGS dans la ligne micro-ruban utilise un défaut artificiel au sol et fournit une caractéristique de rejet de bande de la propriété de résonance [60].

II.3.3.1 Les caractéristiques des éléments du DGS

L'élément de base de DGS est un espace résonant ou fente dans le métal broyé, placé directement sous une ligne de transmission et aligné pour un couplage efficace à la ligne. La figure II.13 montre plusieurs structures résonnantes qui peuvent être utilisées. Chacun diffère dans la zone occupée, équivalent Ratio L-C, coefficient de couplage, ordre supérieur des réponses et d'autres paramètres électriques. L'utilisateur sélectionnera la structure qui fonctionne le mieux pour l'application particulière. Le circuit équivalent pour un DGS est un circuit parallèle circuit accordé en série avec transmission de ligne à laquelle il est couplé (voir la figure III.14) Les impédances d'entrée et de sortie sont celles des lignes, tandis que les valeurs équivalentes de L, C Et R sont déterminés par les dimensions de la structure DGS et sa position relative à la ligne de transmission. Le gamme de structures dont la figure III.14 n'est qu'un petit échantillon provient d‟exigences différentes pour la bande passante (Q) et la fréquence centrale, ainsi que des préoccupations pratiques taille / forme qui ne chevauche pas les autres portions du circuit, ou une structure qui peut être facilement taillée à la fréquence centrale souhaitée [61].

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Figure II.13 : Certaines configurations communes pour les structures

résonnantes DGS.

Figure II.14 : Circuit équivalent d'un élément DGS. Les valeurs de L, C et R

sont déterminés par le dimensions et emplacement par rapport à la ligne de transmission

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II.3.3.2 Exemple : Filtre DGS amélioré

Le filtre DGS permet au concepteur de placer une encoche (zéro dans la fonction de transfert) presque partout. Lorsqu'il est placé juste à l'extérieur d'une bande passante de filtre passe-bande. La pente du roulement et le cercle d'arrêt étroit est à la fois amélioré. Les filtres à micro-ruban simples sont asymétriques, les stop-bands et la nécessité d‟un design plus complexe peut être évité, si les éléments DGS sont utilisés pour améliorer la performance du stop-bande.

Cela peut être vu dans le filtre exemple de la figure II.15. Ce filtre a deux éléments DGS, placé Entrée et sortie d'un simple couplage filtre passe-bande de ligne. Le filtre centre la fréquence à 3.0 GHz, tandis que Les résonateurs DGS sont conçus pour encoche à 3.92 GHz. L'intrigue de la Figure III.15 montre un retour rapide sur la fréquence élevée côté de la bande passante, qui est beaucoup plus grande que celui de la base filtre de ligne couplé.

Figure II.15 : Disposition, simulation et mesures d'un passager à bande

couplée filtre centré à 3,0 GHz. Le filtre comprend deux éléments DGS de 3.92 GHz, Situé à côté de l'entrée et la sortie.

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